[发明专利]在产生数字图像时曝光像素组

说明书

技术领域

本发明涉及一种使用二维图像传感器阵列进行多次曝光和读出来产生数 字图像的图像捕捉装置。

背景技术

在数字成像中，期望捕捉具有高图像品质、高空间分辨率和高时间分辨率 (亦称为帧速率)的图像序列。然而，使用许多当前的图像序列捕捉装置不可能 获得这种高品质图像序列。在许多情况下，所期望的图像序列属性之一是以(牺 牲)其他图像序列属性为代价来获得的。例如，在公知的图像序列捕捉装置中， 给定图像的曝光持续时间受限于帧速率。帧速率越高，各图像曝光必然越短。 在弱光环境中，图像序列内的个别图像捕捉可接收不充足的光并产生有噪声图 像。藉由对各图像利用较长的曝光持续时间可改良给定图像关于噪声的品质， 但这是以较低帧速率为代价的。或者，藉由通过像元合并(binning)技术组合 若干像素可改良关于噪声的图像品质，然而此改良是以较低空间分辨率为代价 的。在许多情况下，图像序列的空间和时间分辨率受传感器的读出能力所限制。 传感器每秒能够读取一定数目的像素。此读出能力在读出的空间与时间分辨率 之间达到平衡。增加一个分辨率必须以另一分辨率为代价，以将所读取像素的 总数目保持在传感器的可达到范围之内。

已经提出许多解决方案以允许数字图像序列捕捉装置捕捉具有改良的品 质和分辨率的图像序列。减少数字图像序列中的噪声的一种方法为通过时间噪 声清除。美国专利No.7,330,218中给出这种技术的一示例。时间噪声减少技术 利用邻近图像之间的高度时间关联以实现噪声减少。在静态场景中，可在连续 图像中获得相同图像场景内容的多次读出，从而允许有效的噪声减少。时间噪 声减少的缺点包含缓冲多个图像的存储器需要以及过滤这些图像的计算需要， 尤其在运动估计和补偿被用来对齐局域或全域运动区域的情况下。另外，时间 噪声减少丝毫未改良图像序列的空间或时间分辨率。

改良时间分辨率的一种方法为时间帧内插。然而，本领域技术人员将理解， 这种技术是计算复杂、存储器密集的且经常在经内插帧中产生伪像。

改良图像序列的空间分辨率的一种方法为通过超级分辨率技术。美国专利 No.7,215,831和7,379,612中提供超级分辨率算法的示例。视频超级分辨率技 术使用邻近帧来估计各高分辨率视频帧。空间视频超级分辨率的缺点包含计算 复杂性和存储器需求。空间超级分辨率算法亦难以处理动态场景。

改良数字图像序列的品质的另一种方法为通过使用双传感器相机。题为 “Digital Camera Using Multiple Image Sensors to Provide Improved Temporal  Sampling″(使用多个图像传感器来提高改良时间采样)的美国专利申请No. 2008/0211941中提出这种系统。藉由交错双传感器的曝光可实现改良的时间分 辨率。藉由使两个传感器同等地曝光然后组合所得的图像，改良的图像品质和 噪声减少是可能的。此解决方案的缺点包含与双传感器相机相关联的成本。另 外，在双透镜装置中，需要空间对齐从不同透镜系统捕捉的图像。

改良空间分辨率的另一种方法是藉由捕捉断续的高分辨率图像连同低分 辨率图像序列，然后进行处理)以从聚合数据产生整个高分辨率图像序列。这 种解决方案的示例为美国专利No.7,110,025和7,372,504。此解决方案的缺点 包含在某些情况下需要附加传感器及其他硬件来捕捉高分辨率图像而不中断 图像序列捕捉过程。其他缺点包含取决于在产生最终高分辨率图像序列时这些 高分辨率图像的频率和使用率，需要缓冲多个图像。